回收铁矿中伴生磷的浮选研究

罗斌

摘要： 为了充分回收矿石中更多有价值的矿物，减少资源的浪费，文章以铁矿中伴生磷矿为研究对象，对原矿进行了工艺矿物学分析，采用BK420捕收剂对磷矿进行浮选研究。经过条件试验研究，在最优试验条件下进行闭路试验，获得的磷精矿中P2O5品位为34.65%，回收率85.38%的指标，实现了对铁矿中伴生磷矿的回收。最后对浮选产品进行检查和分析，绝大部分磷的损失主要集中在0.043mm以下较细的粒级，并提出了减少金属损失，提高磷矿浮选回收率的方法。

Abstract： In order to recover more valuable minerals and reduce the waste of resources， this paper takes phosphate associated in iron ore as object of the research. The raw ore was analyzed by the technological mineralogy， and the collector BK420 was used in flotation study. The closed-circuit test was carried out under the optimal experimental conditions after the condition test. P2O5 grade and recovery was 35.69% and 84.62% in the concentrate of phosphate minerals. The recovery of phosphate associated in iron ore was realized. Finally， the flotation products were examined and analyzed. The loss of phosphorus was mainly in the size below 0.043mm， which was discovered by the examination and analysis of flotation products. The method of reducing the loss of metal and improving the recovery of phosphate rock was put forward.

關键词： 铁矿；浮选；磷矿；捕收剂；伴生

Key words： iron ore；flotation；phosphate；collector；associated

中图分类号：TD97 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）14-0170-04

0 引言

磷矿是非再生资源，我国80%的磷矿主要用于生产磷肥，磷矿对推动我国农业的发展具有重要作用，磷矿资源是国家的一种战略资源。我国磷矿资源主要集中在南方，主要分布在湖北、云南、贵州、四川和湖南五个省，资源分布具有南多北少的特点，北方的磷矿资源很少，品位低，一般会同时伴生有大量的金属矿[1，2]。我国大部分磷矿属于中低品位磷矿，富矿很少，随着磷矿资源的不断开采，富矿越来越少，在未来的时间里只能依靠开发低品位的磷矿来维持对磷矿的需求。对于一些伴生有少量磷矿的金属矿，在回收主要金属的同时，也应该对其中的伴生磷资源进行综合回收，以减少资源的浪费和尾矿的排放对环境的污染，符合资源综合利用的原则，也可以为企业带来更多的效益。

为了让磷矿与脉石矿物分离，富集低品位磷矿，不同地区的磷矿根据其矿石性质采用不同的选矿方法。目前，磷矿的选矿方法可分为擦洗脱泥工艺、浮选法、重介质选矿、化学浸出、焙烧-消化法、光电选矿以及联合选矿流程等，其中浮选是磷矿选别中使用最广泛的选矿方法，常用的磷矿浮选工艺有直接正浮选、单一反浮选、双反浮选、正一反浮选和反一正浮选等[3-5]。

承德地区铁矿资源储量大，易采选，但品位低，属于超贫铁矿，矿石中往往伴生有多种可以回收利用的矿物，磷是比较常见的伴生矿物，但因为各种原因，很多企业只考虑回收矿石中比较容易回收的铁，对于其他伴生组分的利用率很低，造成了资源的浪费，因此，研究铁矿中伴生组分的综合回收具有重要意义[6-8]。

1 实验部分

1.1 原料

试验矿样取自于承德市某铁矿山，通过对原矿的工艺矿物学分析，可以回收的元素主要是铁和磷，少量的磷伴生于铁矿中。矿石中含铁的金属矿物主要为磁铁矿、硅酸铁，赤褐铁矿，钛铁矿，其次有黄铁矿、黄铜矿及磁黄铁矿等，非金属矿物主要有橄榄石、钛普通辉石、斜长石、角闪石、磷灰石、方解石、黑云母、绿泥石等。原矿化学多元素分析结果见表1。原矿中P2O5品位2.17%，TFe品位15.87%，磷和铁品位都比较低。有用矿物主要为磁铁矿、磷灰石及钛铁矿等有关的独立矿物或赋存于其中的元素矿物，脉石矿物主要为钛普通辉石、橄榄石、斜长石、榍石、绿泥石、角闪石，还有少量褐帘石、方解石、石英等。

表2是原矿磷物相分析结果，磷灰石中的磷占磷总量的98.66%，只有极少部分磷以共生等形式存在其他矿物中。

为了更清楚地了解原矿中磷的粒度分布情况，对原矿样进行粒度筛析，原矿粒度筛析结果见表3。从粒度筛析结果可以看出，磨矿细度-0.074mm49.13%时，绝大部分磷都分布在-0.3mm，这部分磷的分布率为98.34%，其中0.3mm～0.038之间的分布率为69.32%，-0.038mm磷的分布率为29.02%。

1.2 试剂及仪器设备

试剂：碳酸钠，工业级；水玻璃，工业级；BK420捕收剂（脂肪酸类药剂），工业级。

主要仪器及设备：XMQ-Ф240×90锥形球磨机，XFDⅣ实验室单槽浮选机容积分别为1.5L、1L、0.5L三种规格，DL-5C型盘式真空过滤机，JE-502精密电子天平，101A-4型电热鼓风恒温干燥箱。

1.3 选矿试验方案

根据矿石中可以回收的元素主要是铁和磷，含磷矿物主要是磷灰石，磷灰石具有良好的天然可浮性，一般用浮选进行回收，脂肪酸类和氧化石蜡皂是浮选磷矿的常用捕收剂，但使用中较难溶解，抗低温能力较差，通过筛选，最后采用捕收能力强，选择性好的脂肪酸捕收剂BK420作为磷矿浮选捕收剂。原矿经过实验室颚式破碎机和对辊破碎机破碎至-2mm以下，破碎产品进行磨矿，然后直接进行浮选，选磷尾矿可以再回收铁，工艺简单，生产易于实现。

2 试验结果与讨论

2.1 磨矿细度试验

为了摸清楚磨矿细度对浮选的影响，对原矿进行磨矿细度浮选试验。浮选试验条件碳酸钠用量为1000g/t，水玻璃600g/t，捕收剂200g/t，原矿经磨矿后直接进行浮选，经过一道粗选，分别得到粗选精矿和尾矿，磨矿细度试验结果如图1。

通过磨矿细度浮选试验，磨矿细度从-0.074mm40%提高到-0.074mm60%时，磷精矿品位随着磨矿细度的增加先升高后降低，当磨矿细度-0.074mm50%的时候，P2O5品位达到最高为25.5%，回收率随着磨矿细度的提高而升高，磨矿细度-0.074mm大于50%时，回收率升高幅度减缓，这时磷矿回收率基本保持在82%以上，从磨矿成本考虑，

-0.074mm50%时为最佳磨矿细度。

2.2 碳酸钠用量试验

碳酸钠既可以用作调整剂调节矿浆的碱度，又可以作为分散剂调整矿浆的黏度和分散性。先加入碳酸钠调整矿浆至弱碱性，BK420捕收剂在弱碱性条件下对磷矿有较好的浮选效果。固定水玻璃用量为600g/t，捕收剂280g/t，浮选粒度-0.074mm50%时，对原矿进行碳酸钠用量试验。

图2为碳酸钠用量试验，在试验范围内，碳酸钠用量对浮选精矿品位影响较小，品位波动不超过一个百分点。碳酸钠用量对回收率影响较大，不加碳酸钠时，浮选回收率为79.18%，碳酸钠用量提高到400g/t时，回收率达到90.5%，随着碳酸钠用量再增加，回收率不再有较明显的提高，以碳酸钠用量为400g/t较为合适。

2.3 水玻璃用量试验

水玻璃是石英、方解石、硅酸盐等脉石矿物最常用的抑制剂，在浮選中为了更好的抑制脉石矿物，提高捕收剂对目的矿物和脉石的选择性，会加入一定量的水玻璃。水玻璃在溶液中的抑制作用主要是靠HSiO3-和H2SiO3引起，这两种物质可以吸附在硅酸盐等脉石矿物的表面，由于自身很强的吸水性，吸附在矿物表面后让矿物亲水，达到抑制的目的[9，10]。浮选给矿粒度-0.074mm50%，碳酸钠用量400g/t，捕收剂280g/t，以水玻璃为单一变量进行浮选试验，水玻璃用量试验结果见图3。

图3中，水玻璃用量从200g/t增加到600g/t时，粗选精矿品位从20.13%提高30.41%，回收率几乎保持在80%以上，随着水玻璃用量的增加，当超过800g/t时，水玻璃过量，脉石矿物受到抑制的同时，磷矿也会受到抑制，导致了精矿品位和回收率都下降，综合考虑，水玻璃用量最佳用量为600g/t，精矿回收率高达90.74%。

2.4 捕收剂用量试验

为了提高捕收剂的捕收能力和选择性，获取优质的磷精矿，通过筛选，最终采用BK420作为磷矿浮选捕收剂，该捕收剂对磷灰石浮选效率高，选择性好，而且具有较好的耐低温性[11，12]。碳酸钠用量为400g/t，水玻璃600g/t，浮选粒度-0.074mm50%，改变捕收剂用量，捕收剂用量试验结果见图4。

当捕收剂用量大于200g/t时，精矿品位出现较明显的下降，随着捕收剂用量再增加，精矿品位逐渐保持稳定，捕收剂用量小于240g/t时，随着捕收剂用量增加，回收率上升较快，在捕收剂用量大于240g/t后，回收率提高幅度很小，趁于稳定，在实际生产中捕收剂用量应该选择更高些，最佳用量应该选择280g/t为宜。

2.5 浮选闭路试验

通过条件试验，确定了浮选的最佳试验条件，并在最佳条件开路试验的基础上，进行了浮选闭路试验，闭路试验流程见图5，试验结果见表4。

从表4可知，原矿P2O5品位2.14%，磨矿细度

-0.074mm50%时，经过一粗一扫四次精选，可以得到产率5.28%，P2O5品位34.65%，回收率85.49%的磷精矿。通过以上试验证明，该铁矿中的超低品位磷矿在适合的条件下可以用浮选方法回收磷。

2.6 产品的检查与分析

2.6.1 产品化学成分分析

为了摸清楚浮选产品性质，对各浮选精矿和尾矿进行了化学成分分析，浮选产品化学成分分析结果见表5。P2O5含量为34.65%的磷精矿产品中，TFe含量0.98%，SiO2含量1.82%，MgO含量0.3%，铁和镁的含量都比较低，磷精矿铁的含量越低，后续湿法制取磷酸时硫酸的消耗就越少，尾矿中P2O5含量为0.34%。

2.6.2 产品粒度筛析及金属损失情况分析

浮选后精矿回收率为85.49%，为了查明金属的损失原因，分别对浮选精矿和尾矿产品进行了粒度筛析。表6是产品粒度筛析结果，浮选回收的粒级主要是-0.154mm的磷，精矿中-0.154mm粒级磷的金属分布率高达95.37%，其中-0.043mm较细粒级，金属分布率为61.07%，杂质主要分布在细粒部分，以铁为例，精矿中高达46.53%的铁都分布在0.038mm以下，+0.154mm的粒级因为较粗，矿物没有充分单体解离而品位偏低。尾矿中绝大部分磷的损失主要集中在-0.043mm的粒级，在这部分较细的尾矿粒级中，磷的金属损失占损失总量的68.26%。

通过分析，磷矿金属损失的原因可能有两点，一是浮选中一部分磷矿过磨，粒度太细，难以进行回收，另一个是浮选的一些试验条件，比如浮选浓度、浮选时间等没有经过条件试验进行优化，而是按以往的经验进行浮选，也会造成一部分磷的损失。为了减少磷的损失，提高浮选回收率，应该对浮选浓度、浮选时间等条件进行试验，并对金属损失较多的细粒与粗粒分开进行浮选，针对细粒和粗粒不同的浮选表面性质选用捕收能力更强，选择性更好的捕收剂，从而提高捕收剂对粗细不同粒级的浮选效果，达到总体上提高浮选回收率，减少磷损失的目的。

3 结论

①通过工艺矿物学分析，该矿石中可以回收的元素主要是铁和磷，磷伴生于品位很低的铁矿中，原矿中P2O5品位为2.14%，98.66%的磷是磷灰石，只有极少部分磷以共生等形式存在其他矿物中。

②采用浮选方法回收磷矿，并进行了条件试验，在最优的试验条件下进行闭路试验，经过一粗一扫四次精选，可以得到产率5.28%，P2O5品位34.65%，回收率85.49%的磷精矿。

③通过对浮选产品的检查和分析，精矿中TFe含量0.98%，SiO2含量1.82%，MgO含量0.3%，铁和镁的含量都比较低，精矿质量较好，尾矿中P2O5含量为0.34%，磷的损失主要集中在细粒部分。并提出了磷的损失原因主要可能是矿石的过磨和浮选浓度、时间等条件没有进行试验优化造成，要提高回收率，一是可以将粗粒和细粒分开进行浮选，选择与粗细两个粒级浮选更合适的捕收剂，二是对浮选浓度、时间等试验条件进行优化。

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